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脉冲星转动不稳定性的观测与研究
王娜; 袁建平; 刘志勇; 周霞; 高志福; 闫文明; 王晶波; 温志刚; 邹伟贞; 陈建玲; 李琳; 陈卯蒸; 潘元月; 曹国洁; 钱茂飞
2017
Subtype新疆维吾尔自治区科技进步奖
Award Level一等奖
Keyword天文学 天体物理 脉冲星 射电观测 转动不稳定性
Other Abstract

脉冲星的转动不稳定性主要表现为测时噪声和自转周期跃变。辐射的不稳定性、磁层的活动性、星际介质的影响是限制测时精度的主要因素。脉冲星转动与中子星的内部物理密切相关,磁场的性质和内部物态决定了脉冲星的长期转动演化,而磁场、超流与壳层的相互扰动可导致短时标的转动变化。

本项目研究目的是从实测与理论两方面来探索影响脉冲星转动不稳定性的物理机制。研究内容包括:转动不稳定性观测现象与特性,脉冲辐射特性与传播影响,中子星/磁星的磁场、转动和热演化,观测技术与数据处理方法。具体措施是:使用国外望远镜和南山25米望远镜实测数据研究转动不稳定性个体特征、转动不稳定性随时间的变化、转动不稳定性与脉冲星参数的关系。研究脉冲星辐射状态、辐射几何的变化和传播介质的扰动。从理论角度研究磁场、物态方程、R模不稳定性对脉冲星转动不稳定性的影响。

本项目主要来源于国家自然科学基金项目《高精度脉冲星观测系统的建立和脉冲星偏振研究》、《与超新星遗迹成协脉冲星的偏振观测研究》、《中子星转动演化与内部结构》,中国科学院西部之光项目《脉冲星时间噪声研究》、《转动中子星内致密物质相变及相关天体物理现象研究》。

主要技术指标

1. 转动不稳定性。慢跃变:跃变后,转动频率相对于跃变前还持续增加30天以上,增加量超过跃变前转动频率的扰动均方根的三倍;微跃变:转动频率的相对变化小于1.0e-9。

2. 脉冲星测时阵。能够以95%可能性被探测到的引力波记忆信号的幅度是2.9e-13。

3. 磁星磁场演化时标:约百万年至千万年;与超新星成协的磁星制动指数:1~42。

4. 南山观测。终端带宽:64 MHz~1024 MHz;量化精度:10 bit;观测模式:周期折叠、搜寻、频谱仪和基带输出;每个周期数据点数:64~2048;时间分辨率:脉冲星周期/周期点数;监测目标:300颗;毫秒脉冲星:10颗。观测频次:~3次/颗/月。观测时间跨度:17年

5. 澳大利亚观测。观测频率:1518 MHz;带宽:576 MHz;频率通道数:192;量化精度:1 bit;采样间隔:250 μs。

6. 数据量:51万个文件。

本项目用高阶法和谐波法消除噪声对其他参数的影响,用相位连续法和拟合法建立星历表,用分布统计法和高斯拟合法甄别脉冲消零。采用龙哥库塔法求解包含 r 模演化、旋转演化、热演化以及磁场演化的微分方程组。实现数据高速采集与传输,实现实时数字滤波与实时脉冲星视周期计算。采用FPGA技术实现多功能观测需求,结合脉冲星相位,改进中值滤波消除干扰算法。

本项目观测到多种不稳定性事件,研究了脉冲星转动不稳定的特性,分析了转动不稳定的多样性、随时间变化关系以及与脉冲星其他现象的相关性;利用国际上高精度的脉冲星测时阵数据得到了引力波记忆信号的幅度上限。分析了脉冲消零与模式变换的关系,并指出它们在本质上是相同的物理过程。研究了星际闪烁现象的观测特性,并对理论提出更多限制;研究了中子星/磁星的磁场特性,建立了中子星/磁星的磁场、转动和热演化新模型。研究了数字终端技术,建立了数字消色散终端,开发了新的消干扰程序,建立并完善了脉冲星射电观测数据处理系统和方法,引领了中国射电天文的技术进步。本项目的研究有助于提高测时精度、理解脉冲星转动不稳定性的产生机制和中子星内部物理性质及演化过程,有助于利用脉冲星探测引力波。

本项目长期监测脉冲星,积累了大量脉冲星观测数据,是国际上开展脉冲星研究的重要数据库,建立后17年时间内所探测的周期跃变事件到达全球所有望远镜50年探测总数的1/7。本项目为中国建立脉冲星测时阵奠定了重要的研究和人才基础,也为中国开展脉冲星深空自主导航应用和建立综合脉冲星时提供了理论和技术保障。本项目有广泛的国内外合作背景,2008年加入国际伽马射线费米空间望远镜合作,提供了星历表,合作研究了脉冲星的多波段辐射;项目成员担任澳大利亚国立天文台战略委员会委员、国际天文台联合会会员、FAST学者。本项目发表论文54篇,包括SCI收录文章32篇,其中影响因子大于4.9的文章11篇,被他人引用253次。本项目培养研究生已毕业8名博士和10名硕士;形成了高水平数字终端技术、软件开发、数据处理、实测与理论研究队伍。

Language中文
Document Type成果
Identifierhttp://ir.xao.ac.cn/handle/45760611-7/2197
Collection射电天文研究室_脉冲星研究团组_科技成果
研究生学位论文
射电天文研究室_脉冲星研究团组
Affiliation中国科学院新疆天文台
Recommended Citation
GB/T 7714
王娜,袁建平,刘志勇,等. 脉冲星转动不稳定性的观测与研究. 新疆维吾尔自治区科技进步奖. 2017.
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